LaSrFeO3薄膜的制備及電學(xué)性能的研究.pdf

1、作為一種重要的電子功能材料，ABO3結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物L(fēng)aSrFeO3可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域，可用于高溫固體氧化物燃料電池，也可用于薄膜傳感器、催化劑、和鐵電材料。本文采用溶膠-凝膠法，以乙酸鑭、乙酸鍶、硝酸鐵、乙酸鎳、乙酸鎂、硝酸鉻、乙酸鈷、乙酸錳等為原料，以乙醇胺、乙酰丙酮為絡(luò)合劑，按化學(xué)劑量配比配制20ml前驅(qū)體溶膠，陳化一天后在Si/SiO2/Pt襯底上旋涂制得濕膜，經(jīng)400℃預(yù)處理300s，并經(jīng)不同退火氣氛（空氣、氧氣、氬氣）下75

2、0℃退火得到 LSF-M（M=Mg、Ni、Cr、Co、Mn）薄膜試樣，研究元素取代、退火氣氛對La0.5Sr0.5FeO3薄膜結(jié)構(gòu)、介電性能的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn)分別利用Mg、Ni、Cr、Co、Mn取代LaSrFeO3薄膜B位的Fe元素，可以有效地改善其介電性能，并且在此基礎(chǔ)上，又研究了不同退火氣氛（空氣、氧氣、氬氣）對LSF薄膜結(jié)構(gòu)、介電性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)在退火氣氛為氬氣時(shí)，可以優(yōu)化LSF基薄膜的介電性能。并且XRD與SEM的

3、分析表明元素取代與退火氣氛均沒有改變LSF薄膜的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且每組中性能最優(yōu)的薄膜其表面平整，晶粒均勻致密，無明顯孔洞裂紋等缺陷。
　　Mg元素的引入提高了薄膜的?r，但隨著Mg摻量的增加，La0.5Sr0.5Fe1-xMgxO3薄膜相對介電常數(shù)逐漸下降，介質(zhì)損耗逐漸增加，在 Mg摻量為5mol％時(shí)，即La0.5Sr0.5Fe0.95Mg0.05O3薄膜介電性能最優(yōu)。在不同退火氣氛（空氣、氧氣、氬氣）下La0.5Sr0.5Fe0.

4、95Mg0.05O3薄膜介電性能有所變化，氬氣中退火得到的La0.5Sr0.5Fe0.95Mg0.05O3薄膜介電性能最優(yōu)，其相對介電常數(shù)為1632，介質(zhì)損耗為0.041；空氣中次之，其相對介電常數(shù)為1409，介質(zhì)損耗為0.047，氧氣中相對較低，其相對介電常數(shù)為1256，介質(zhì)損耗為0.115。
　　LSF薄膜中摻入 Ni元素能改善其介電性能，隨著 Ni摻量的增加（0.2，0.25，0.3mol%），La0.5Sr0.5Fe1-x

5、NixO3薄膜相對介電常數(shù)呈先增大后減小的趨勢，但均提高了?r，介質(zhì)損耗呈先減小后增大趨勢，在Ni摻量為0.25mol%時(shí)，即La0.5Sr0.5Fe0.9975Ni0.0025O3薄膜介電性能最優(yōu)。薄膜氬氣中退火得到的La0.5Sr0.5Fe0.9975Ni0.0025O3薄膜介電性能最優(yōu)，其相對介電常數(shù)為1309，介質(zhì)損耗為0.061；空氣中的次之，其相對介電常數(shù)為1172，介質(zhì)損耗為0.069；氧氣中的相對較差，其相對介電常數(shù)為1

6、137，介質(zhì)損耗為0.079。
　　LSF薄膜中摻入 Cr元素均能提高其?r，隨著 Cr摻量的增加（0.5，1，3mol%），La0.5Sr0.5Fe1-xCrxO3薄膜相對介電常數(shù)呈先增大后減小的趨勢，介質(zhì)損耗呈先減小后增大趨勢，在Cr摻量為1mol%時(shí)，即La0.5Sr0.5Fe0.99Cr0.01O3薄膜介電性能最優(yōu)。在不同退火氣氛（空氣、氧氣、氬氣）對 La0.5Sr0.5Fe1-xCrxO3薄膜的介電性能有很大影響，在氬

7、氣中退火得到的 LSF-Cr薄膜均比空氣、氧氣下退火得到的薄膜介電性能優(yōu)， La0.5Sr0.5Fe0.99Cr0.01O3薄相對介電常數(shù)值為1207，介質(zhì)損耗數(shù)值為0.069；空氣中的次之，其相對介電常數(shù)為1125，介質(zhì)損耗為0.084；氧氣中退火得到的La0.5Sr0.5Fe0.995Cr0.005O3薄膜，其介電性能相對較低，其相對介電常數(shù)為957，介質(zhì)損耗為0.151。
　　隨著 Co摻量的增加（0.2，0.4，0.6mo

8、l%），La0.5Sr0.5Fe1-xCoxO3薄膜相對介電常數(shù)呈逐漸減小的趨勢，介質(zhì)損耗逐漸增大的趨勢，在 Co摻量為0.2mol%時(shí)，即La0.5Sr0.5Fe0.998Co0.002O3薄膜介電性能最優(yōu)。不同退火氣氛（空氣、氧氣、氬氣）對薄膜的介電性能有很大影響。對比不同退火氣氛中介電性能最優(yōu)的試樣的介電性能，氬氣中退火得到的 La0.5Sr0.5Fe0.996Co0.004O3薄膜介電性能最優(yōu)，其相對介電常數(shù)值為1396，介質(zhì)損

9、耗數(shù)值為0.045；空氣中的 La0.5Sr0.5Fe0.998Co0.002O3薄膜次之，其相對介電常數(shù)為1174，介質(zhì)損耗為0.074；氧氣中退火得到的La0.5Sr0.5Fe0.998Co0.002O3薄膜介電性能相對較差，其相對介電常數(shù)為887，介質(zhì)損耗為0.121。
　　在退火氣氛為氧氣或氬氣時(shí)，隨著 Mn摻量的增加，La0.5Sr0.5Fe1-xMnxO3薄膜相對介電常數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，介質(zhì)損耗呈現(xiàn)相反趨勢，并

10、且均是在 Mn摻量為5mol%時(shí)，薄膜的介電性能最優(yōu)。在氬氣中退火得到的 La0.5Sr0.5Fe0.95Mn0.05O3薄膜介電性能最優(yōu)，其相對介電常數(shù)為1423，介質(zhì)損耗為0.056；氧氣中的較差，其相對介電常數(shù)為1083，介質(zhì)損耗為0.113。
　　對比以上五種元素取代以及三種不同退火氣氛對 LSF基薄膜結(jié)構(gòu)及介電性能的影響，發(fā)現(xiàn) Mg取代對 LaSrFeO3薄膜的介電性能改善最為顯著，且在氬氣中退火時(shí)，可以優(yōu)化LSF基薄膜